JP7104399B2 - Photoreactive artificial amino acids and photocrosslinkable artificial polypeptides - Google Patents

Photoreactive artificial amino acids and photocrosslinkable artificial polypeptides Download PDF

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Description

本発明は、光反応性人工アミノ酸、及び該光反応性人工アミノ酸が導入されてなる、光架橋性人工ポリペプチドに関する。 The present invention relates to a photoreactive artificial amino acid and a photocrosslinkable artificial polypeptide into which the photoreactive artificial amino acid is introduced.

分子生物学の分野の基本的な技術に、核酸の連結及び核酸の架橋がある。核酸の連結や架橋は、例えば、ハイブリダイゼーションと組みあわせて、遺伝子の導入や、塩基配列の検出のために使用され、あるいは、例えば、遺伝子発現の阻害に使用される。そのために、核酸の連結及び架橋の技術は、分子生物学の基礎研究だけではなく、例えば、医療分野における診断や治療、あるいは治療薬や診断薬等の開発や製造、工業及び農業分野における酵素や微生物等の開発や製造に使用される極めて重要な技術である。 Basic techniques in the field of molecular biology include nucleic acid ligation and nucleic acid cross-linking. Nucleic acid ligation and cross-linking are used, for example, in combination with hybridization for gene introduction, base sequence detection, or, for example, inhibition of gene expression. To this end, nucleic acid ligation and cross-linking techniques are not limited to basic research in molecular biology, but include, for example, diagnostics and treatments in the medical field, or enzymes in the development and manufacture of therapeutic agents and diagnostic agents, and in the industrial and agricultural fields. It is an extremely important technology used for the development and production of microorganisms.

核酸の光反応技術として、5-シアノビニルデオキシウリジンを使用した光連結技術(特許文献1:特許第3753938号、特許文献2:特許第3753942号)、3-ビニルカルバゾール構造を塩基部位に持つ修飾ヌクレオシドを使用した光架橋技術(特許文献3:特許第4814904号、特許文献4:特許第4940311号)がある。さらに、3-ビニルカルバゾール構造を塩基部位に持つ修飾ヌクレオシドのいわゆる糖部の構造を、鎖状アルキルアミドに置換した化合物を使用した光架橋技術がある(特許文献5:特許第5925383号)。 As a photoreaction technique for nucleic acids, a photolinking technique using 5-cyanovinyldeoxyuridine (Patent Document 1: Patent No. 3753938, Patent Document 2: Patent No. 3753942), modification having a 3-vinylcarbazole structure as a base site. There is a photocrossing technique using nucleoside (Patent Document 3: Patent No. 4814904, Patent Document 4: Patent No. 4940311). Further, there is a photocrosslinking technique using a compound in which the structure of the so-called sugar portion of a modified nucleoside having a 3-vinylcarbazole structure as a base site is replaced with a chain alkylamide (Patent Document 5: Patent No. 5925383).

特許第3753938号公報Japanese Patent No. 3753938 特許第3753942号公報Japanese Patent No. 3753942 特許第4814904号公報Japanese Patent No. 4814904 特許第4940311号公報Japanese Patent No. 4940311 特許第5925383号公報Japanese Patent No. 5925383

核酸と核酸の間の架橋については、光架橋を形成する技術が、上記のように蓄積されつつある。もし、このような光架橋形成が、ポリペプチドと核酸の間の架橋についても可能となれば、分子生物学において、重要な基盤技術が提供されることとなる。 With regard to cross-linking between nucleic acids, techniques for forming photocrosslinks are being accumulated as described above. If such photocrosslink formation is also possible for crosslinks between polypeptides and nucleic acids, it will provide an important basic technique in molecular biology.

したがって、本発明の目的は、核酸とポリペプチドの間の光架橋形成のために使用可能な、新規な光反応性化合物を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a novel photoreactive compound that can be used for the formation of photocrosslinks between nucleic acids and polypeptides.

本発明者は、ポリペプチドと核酸の間の光架橋技術を鋭意研究してきたところ、アミノ酸の側鎖部分としてビニルカルバゾール構造を備えた修飾アミノ酸化合物(人工アミノ酸)をポリペプチド鎖中へ導入して人工ポリペプチドを製造すると、該人工ポリペプチドが、核酸との間に光架橋を形成できることを見いだして、本発明に到達した。 The present inventor has been diligently researching a photocrossing technique between a polypeptide and a nucleic acid, and introduced a modified amino acid compound (artificial amino acid) having a vinylcarbazole structure as a side chain portion of the amino acid into the polypeptide chain. The present invention was reached by finding that when an artificial polypeptide is produced, the artificial polypeptide can form a photobridge with the nucleic acid.

なお、本発明の光反応性化合物は、光照射によって光反応を開始するものであるが、それまで安定していた化合物が、光照射というシグナルに応答して反応を開始するという意味を強調して、光反応性を光応答性ということがある。 The photoreactive compound of the present invention initiates a photoreaction by irradiation with light, but emphasizes the meaning that a compound that has been stable until then initiates a reaction in response to a signal of irradiation with light. Therefore, photoresponsiveness is sometimes referred to as photoresponsiveness.

したがって、本発明は次の(1)以下を含む。
(1)
次の式I:

Figure 0007104399000001
(ただし、式I中、
R11は、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、C2~C7のアルコキシカルボニル基、又は水素原子であり、
R12及びR13は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、C2~C7のアルコキシカルボニル基、又は水素原子であり、
Lは、リンカー部、又は単結合であり、
R21は、アミノ基の保護基、又は水素原子である)
で表される光反応性人工アミノ酸。
(2)
Lが、C1~C3のアルカンジイル基、又は単結合である、(1)に記載の光反応性人工アミノ酸。
(3)
R21が、フルオレニルメトキシカルボニル基(Fmoc)、tert-ブトキシカルボニル基(Boc)、ベンジルオキシカルボニル基(Cbz)、及びアリルオキシカルボニル基(Alloc)からなる群から選択された保護基、又は水素原子である、(1)~(2)のいずれかに記載の光反応性人工アミノ酸。
(4)
(1)~(3)のいずれかに記載された光反応性人工アミノ酸が、ペプチド結合によって結合して含まれる、光反応性人工ポリペプチド。
(5)
核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖、及び核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖に対する結合性ドメインを有するポリペプチド鎖からなる群から選択されたポリペプチド鎖のアミノ酸配列中へ、
(1)~(3)のいずれかに記載された光反応性人工アミノ酸が、ペプチド結合によって導入されてなる、光反応性人工ポリペプチド。
(6)
(4)に記載された光反応性人工ポリペプチド、又は(5)に記載された光反応性人工ポリペプチドからなる、光反応性架橋剤。
(7)
ポリペプチドと核酸の間に光架橋形成する方法であって、
(4)~(5)のいずれかに記載された光反応性人工ポリペプチドと、核酸に光照射して、光反応性人工ポリペプチド中の光反応性人工アミノ酸と、核酸の塩基配列中のピリミジン塩基との間に、光架橋を形成する方法。
(8)
(1)~(3)のいずれかに記載された光反応性人工アミノ酸を、ペプチド結合によってアミノ酸配列中へ導入して、光反応性人工ポリペプチドを製造する方法。 Therefore, the present invention includes the following (1) and the following.
(1)
Equation I:
Figure 0007104399000001
(However, in Equation I,
R11 is a cyano group, an amide group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group of C2 to C7, or a hydrogen atom.
R12 and R13 are independently cyano groups, amide groups, carboxyl groups, C2-C7 alkoxycarbonyl groups, or hydrogen atoms.
L is a linker part or a single bond,
R21 is an amino protecting group or a hydrogen atom)
Photoreactive artificial amino acid represented by.
(2)
The photoreactive artificial amino acid according to (1), wherein L is an alkanediyl group of C1 to C3 or a single bond.
(3)
R21 is a protecting group selected from the group consisting of a fluorenylmethoxycarbonyl group (Fmoc), a tert-butoxycarbonyl group (Boc), a benzyloxycarbonyl group (Cbz), and an allyloxycarbonyl group (Alloc), or hydrogen. The photoreactive artificial amino acid according to any one of (1) to (2), which is an atom.
(4)
A photoreactive artificial polypeptide containing the photoreactive artificial amino acid according to any one of (1) to (3) bound by a peptide bond.
(5)
Into the amino acid sequence of a polypeptide chain selected from the group consisting of a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain and a polypeptide chain having a binding domain to a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain.
A photoreactive artificial polypeptide obtained by introducing the photoreactive artificial amino acid according to any one of (1) to (3) by a peptide bond.
(6)
A photoreactive cross-linking agent comprising the photoreactive artificial polypeptide according to (4) or the photoreactive artificial polypeptide according to (5).
(7)
A method of forming a photocrosslink between a polypeptide and a nucleic acid.
The photoreactive artificial polypeptide according to any one of (4) to (5) and the photoreactive artificial amino acid in the photoreactive artificial polypeptide by irradiating the nucleic acid with light, and the base sequence of the nucleic acid. A method of forming a photobridge with a pyrimidine base.
(8)
A method for producing a photoreactive artificial polypeptide by introducing the photoreactive artificial amino acid according to any one of (1) to (3) into an amino acid sequence by a peptide bond.

本発明の光反応性人工アミノ酸を用いれば、光反応性人工ポリペプチドを得ることができる。本発明の光反応性人工ポリペプチドは、光照射によって、核酸との間に光架橋を形成することができる。本発明は、核酸とポリペプチドとの間に光架橋を形成するための基盤技術を提供する。 By using the photoreactive artificial amino acid of the present invention, a photoreactive artificial polypeptide can be obtained. The photoreactive artificial polypeptide of the present invention can form a photocrosslink with a nucleic acid by irradiation with light. The present invention provides a basic technique for forming a photocrosslink between a nucleic acid and a polypeptide.

図1は、シアノビニルカルバゾール基を有するアミノ酸CNVAの合成スキーム(Scheme 1)を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a synthesis scheme (Scheme 1) of the amino acid CNVA A having a cyanovinylcarbazole group. 図2は、DNAとペプチドの光架橋反応のスキーム(Scheme 2)を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a scheme (Scheme 2) of a photocrosslinking reaction between DNA and peptide. 図3は、光架橋反応に対する光照射時間の影響を検討した結果を示すゲル画像である。FIG. 3 is a gel image showing the result of examining the influence of the light irradiation time on the photocrosslinking reaction. 図4Aは、光架橋反応に対するさらに長時間の光照射の影響を検討した結果を示すゲル画像である。FIG. 4A is a gel image showing the result of examining the effect of long-term light irradiation on the photocrosslinking reaction. 図4Bは、光架橋反応に対する光照射時間の影響を示すグラフである。FIG. 4B is a graph showing the effect of light irradiation time on the photocrosslinking reaction. 図5は、架橋体の光開裂実験の結果を示すゲル画像である。FIG. 5 is a gel image showing the results of a photocleavage experiment of the crosslinked product. 図6Aは、実験によって決定された、光架橋形成される塩基のDNA配列中の位置を示す説明図である。FIG. 6A is an explanatory diagram showing the positions of the bases formed by photocrosslinking in the DNA sequence, which are determined experimentally. 図6Bは、光架橋形成される塩基のDNA配列中の位置を示すゲル画像である。FIG. 6B is a gel image showing the position of the photocrosslinked base in the DNA sequence. 図7は、リンカー部の鎖長を変更した光架橋実験の結果を示すゲル画像である。FIG. 7 is a gel image showing the results of a photocrosslinking experiment in which the chain length of the linker portion was changed.

具体的な実施の形態をあげて、以下に本発明を詳細に説明する。本発明は、以下にあげる具体的な実施の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to specific embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments listed below.

[光反応性人工アミノ酸の構造]
本発明に係る光反応性人工アミノ酸は、次の式Iで表される:

Figure 0007104399000002
[Structure of photoreactive artificial amino acids]
The photoreactive artificial amino acid according to the present invention is represented by the following formula I:
Figure 0007104399000002

式I中において、
R11は、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、C2~C7のアルコキシカルボニル基、又は水素原子であり、
R12及びR13は、それぞれ独立に、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、C2~C7のアルコキシカルボニル基、又は水素原子であり、
Lは、リンカー部、又は単結合であり、
R21は、アミノ基の保護基、又は水素原子である。
In formula I
R11 is a cyano group, an amide group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group of C2 to C7, or a hydrogen atom.
R12 and R13 are independently cyano groups, amide groups, carboxyl groups, C2-C7 alkoxycarbonyl groups, or hydrogen atoms.
L is a linker part or a single bond,
R21 is an amino protecting group or a hydrogen atom.

アルコキシカルボニル基としては、例えばC2~C7、好ましくはC2~C6、C2~C5、C2~C4、さらに好ましくはC2~C3、特に好ましくはC2のものを使用できる。 As the alkoxycarbonyl group, for example, C2 to C7, preferably C2 to C6, C2 to C5, C2 to C4, more preferably C2 to C3, and particularly preferably C2 can be used.

好適な実施の態様において、R11を、シアノ基、アミド基、カルボキシル基、又はC2~C7のアルコキシカルボニル基とすることができ、R12及びR13を水素原子とすることができる。 In a preferred embodiment, R11 can be a cyano group, an amide group, a carboxyl group, or an alkoxycarbonyl group of C2 to C7, and R12 and R13 can be hydrogen atoms.

好適な実施の態様において、Lのリンカー部として、アルカンジイル基を使用することができる。アルカンジイル基としては、例えばC1~C3、好ましくはC1~C2のものを使用でき、特に好ましくはメチレン基、エチレン基とすることができる。 In a preferred embodiment, an alkanediyl group can be used as the linker moiety for L. As the alkanediyl group, for example, C1 to C3, preferably C1 to C2 can be used, and particularly preferably a methylene group or an ethylene group.

好適な実施の態様において、Lは、メチレン基、エチレン基又は単結合とすることができる。Lが単結合である場合とは、Lと結合するNとCとが単結合で結合している状態を言う。 In a preferred embodiment, L can be a methylene group, an ethylene group or a single bond. The case where L is a single bond means a state in which N and C, which are bonded to L, are bonded by a single bond.

アミノ基の保護基としては、アミノ基の保護基として公知の保護基をあげることができる。好適な実施の態様において、アミノ基の保護基として、フルオレニルメトキシカルボニル基(Fmoc)、tert-ブトキシカルボニル基(Boc)、ベンジルオキシカルボニル基(Cbz)、及びアリルオキシカルボニル基(Alloc)からなる群から選択された保護基を使用することができる。 As the protecting group for the amino group, a protecting group known as the protecting group for the amino group can be mentioned. In a preferred embodiment, the amino-protecting group is from a fluorenylmethoxycarbonyl group (Fmoc), a tert-butoxycarbonyl group (Boc), a benzyloxycarbonyl group (Cbz), and an allyloxycarbonyl group (Alloc). Protecting groups selected from the group can be used.

好適な実施に態様において、R21は、フルオレニルメトキシカルボニル基(Fmoc)、tert-ブトキシカルボニル基(Boc)、又は水素原子とすることができる。R21が水素原子である場合には、式Iは、次の式IIで表される構造となる: In a preferred embodiment, the R21 can be a fluorenylmethoxycarbonyl group (Fmoc), a tert-butoxycarbonyl group (Boc), or a hydrogen atom. When R21 is a hydrogen atom, the formula I has the structure represented by the following formula II:

Figure 0007104399000003
Figure 0007104399000003

[ポリペプチド鎖中への導入]
光反応性人工アミノ酸は、その側鎖が上記構造式で示されるビニルカルバゾール構造がリンカー部によってアミノ酸のα炭素へと結合した構造となっているから、天然のアミノ酸と同様にペプチド結合によって、ポリペプチド鎖中へ導入することができる。
[Introduction into polypeptide chain]
Since the side chain of the photoreactive artificial amino acid has a structure in which the vinylcarbazole structure represented by the above structural formula is bonded to the α carbon of the amino acid by the linker portion, the photoreactive artificial amino acid is polypolized by a peptide bond like a natural amino acid. It can be introduced into the peptide chain.

光反応性人工アミノ酸は、側鎖のビニルカルバゾール構造に由来して、光反応性を備えており、光照射によって光反応が開始して、核酸塩基と光架橋を形成することができる。好適な実施の態様において、上記ビニルカルバゾール構造が光架橋を形成できる核酸塩基は、光架橋可能な位置に配置されたピリミジン塩基である。ピリミジン塩基としては、例えば、チミン(T)、シトシン(C)、ウラシル(U)、5-メチルシトシン、5-ヒドロキシメチルシトシンをあげることができ、好ましくはチミン(T)、シトシン(C)をあげることができる。この光反応性は、光反応性人工アミノ酸が、ポリペプチド鎖中へ導入されても、維持されている。 The photoreactive artificial amino acid is derived from the vinyl carbazole structure of the side chain and has photoreactivity, and the photoreaction is started by light irradiation to form a photobridge with the nucleobase. In a preferred embodiment, the nucleobase on which the vinylcarbazole structure can form photocrosslinks is a pyrimidine base located at a photocrosslinkable position. Examples of the pyrimidine base include thymine (T), cytosine (C), uracil (U), 5-methylcytosine, and 5-hydroxymethylcytosine, and thymine (T) and cytosine (C) are preferable. I can give it. This photoreactivity is maintained even when photoreactive artificial amino acids are introduced into the polypeptide chain.

[光応答性人工ポリペプチド]
本発明の光応答性人工ポリペプチドは、光応答性人工アミノ酸が上述のように、ペプチド結合によってポリペプチド鎖のアミノ酸配列中へ導入されたポリペプチドである。
[Photoresponsive artificial polypeptide]
The photoresponsive artificial polypeptide of the present invention is a polypeptide in which a photoresponsive artificial amino acid is introduced into the amino acid sequence of the polypeptide chain by a peptide bond as described above.

光応答性人工アミノ酸のポリペプチド鎖中への導入は、公知の手段によって行うことができる。すなわち、公知のポリペプチド鎖の合成手段において、天然のアミノ酸等に代えて、光応答性人工アミノ酸を使用して、ペプチド合成を行えばよい。光応答性人工アミノ酸は、所望により、公知の保護基によって保護して、ペプチド合成することができる。このようなペプチド合成手段として、例えば、Fmocペプチド固相合成法、及びBocペプチド固相合成法等をあげることができる。 The introduction of the photoresponsive artificial amino acid into the polypeptide chain can be carried out by known means. That is, in a known polypeptide chain synthesis means, peptide synthesis may be carried out using a photoresponsive artificial amino acid instead of a natural amino acid or the like. Photoresponsive artificial amino acids can optionally be protected by known protecting groups for peptide synthesis. Examples of such peptide synthesis means include an Fmoc peptide solid phase synthesis method and a Boc peptide solid phase synthesis method.

光応答性人工ポリペプチドに導入される光応答性人工アミノ酸の数は、ポリペプチド鎖に必要な特性が維持される範囲内であれば特に制約はなく、ポリペプチド鎖中に1個としてもよいが、所望により、2個以上とすることもできる。これは光架橋を所望するピリミジン塩基の数に依存して、適宜決定することができる。 The number of photoresponsive artificial amino acids introduced into the photoresponsive artificial polypeptide is not particularly limited as long as the properties required for the polypeptide chain are maintained, and may be one in the polypeptide chain. However, if desired, the number may be two or more. This can be determined as appropriate, depending on the number of pyrimidine bases desired for photocrosslinking.

[核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖]
光反応性人工アミノ酸の光応答性は、ポリペプチド鎖中へ導入されても維持されるから、光反応性人工アミノ酸がどのようなアミノ酸配列のポリペプチド鎖へ導入されても、得られるポリペプチドは、光応答性人工ポリペプチドとなる。
[Polypeptide chain with nucleic acid binding domain]
Since the photoresponsiveness of the photoreactive artificial amino acid is maintained even when it is introduced into the polypeptide chain, the obtained polypeptide is obtained regardless of the amino acid sequence of the photoreactive artificial amino acid introduced into the polypeptide chain. Becomes a photoresponsive artificial polypeptide.

しかしながら、好適な実施の態様において、光反応性人工アミノ酸を、核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖中へ導入することが、好ましい。このように、核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖へ、光反応性人工アミノ酸を導入すると、核酸結合性ドメインの特性に応じて、選択的に核酸へと結合させることができ、核酸塩基配列中の所望の位置のピリミジン塩基を、光反応性人工アミノ酸側鎖によって光架橋可能な位置に配置することができる。逆に、ポリペプチド鎖中において、光反応性人工アミノ酸を導入するべき好適な位置は、光架橋形成を所望するピリミジン塩基の位置に応じて、選択することができる。 However, in a preferred embodiment, it is preferred to introduce the photoreactive artificial amino acid into the polypeptide chain having a nucleic acid binding domain. In this way, when a photoreactive artificial amino acid is introduced into a polypeptide chain having a nucleic acid-binding domain, it can be selectively bound to a nucleic acid according to the characteristics of the nucleic acid-binding domain, and can be selectively bound to a nucleic acid in the nucleic acid base sequence. The pyrimidine base at the desired position can be placed at a position where it can be photocrosslinked by the photoreactive artificial amino acid side chain. Conversely, a suitable position in the polypeptide chain into which the photoreactive artificial amino acid should be introduced can be selected depending on the position of the pyrimidine base at which photocrosslinking is desired.

核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖には、ペプチド、ポリペプチドあるいはタンパク質として称されるものも含む。核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖としては、例えば、GCN4(General control Nonderepressible 4)、SRDペプチド、KEKペプチド(リジン-グルタミン酸-リジンペプチド)等をあげることができ、核酸結合性ドメインとしては、例えば、HTHドメイン(ヘリックスターンヘリックスドメイン)、ホメオドメイン、bZipドメイン(ロイシンジッパードメイン)等をあげることができる。核酸結合性ドメインを有するポリペプチド又はタンパク質が、二量体、あるいは多量体を形成する場合には、所望により、その単量体の全て又は一部に対して、光反応性人工アミノ酸を導入して、光応答性人工ポリペプチドとすることができる。 Polypeptide chains having a nucleic acid binding domain also include those referred to as peptides, polypeptides or proteins. Examples of the polypeptide chain having a nucleic acid-binding domain include GCN4 (General control Noderepressible 4), SRD peptide, KEK peptide (lysine-glutamic acid-lysine peptide), and examples of the nucleic acid-binding domain. , HTH domain (helix turn helix domain), homeo domain, bZip domain (leucine zipper domain) and the like. When a polypeptide or protein having a nucleic acid-binding domain forms a dimer or a multimer, a photoreactive artificial amino acid is optionally introduced into all or part of the monomer. It can be a photoresponsive artificial polypeptide.

核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖の結合する核酸としては、その核酸結合性に応じて、一本鎖であってもよく、二本鎖であってもよく、それ以外の核酸構造となっていてもよい。核酸としては、例えばRNA、DNAをあげることができる。 The nucleic acid to which the polypeptide chain having a nucleic acid-binding domain binds may be single-stranded or double-stranded, depending on its nucleic acid-binding property, and has a nucleic acid structure other than that. You may. Examples of nucleic acids include RNA and DNA.

[核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖に対する結合性ドメインを有するポリペプチド鎖]
核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖へ、光反応性人工アミノ酸を導入することの利点は、核酸結合性ドメインの特性に応じて核酸へと結合できることであるから、核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖へと結合できるポリペプチド鎖であっても、間接的に核酸への結合を実現できることから、その特性に応じて採用できることを、当業者は理解するものである。このような実施態様とすることによって、例えば、核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖に対する結合性ドメインを有するポリペプチド鎖へと、光反応性人工アミノ酸を導入して調製した光反応性人工ポリペプチドをいったん用意すれば、これを多種類の核酸結合性ドメインにおいて共通して使用することができて、核酸結合性ドメインごとにそれぞれ光反応性人工ポリペプチドを調製する必要がないという利点を生じる。
[Peptide chain having a binding domain to a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain]
The advantage of introducing a photoreactive artificial amino acid into a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain is that it can bind to a nucleic acid according to the characteristics of the nucleic acid binding domain, and thus a polypeptide having a nucleic acid binding domain. Those skilled in the art understand that even a polypeptide chain that can bind to a chain can indirectly bind to a nucleic acid and can be adopted according to its characteristics. By adopting such an embodiment, for example, a photoreactive artificial polypeptide prepared by introducing a photoreactive artificial amino acid into a polypeptide chain having a binding domain to a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain. Once prepared, it can be used in common in many types of nucleic acid-binding domains, with the advantage that it is not necessary to prepare photoreactive artificial polypeptides for each nucleic acid-binding domain.

[光反応性架橋剤]
光反応性人工アミノ酸、及び光反応性人工ポリペプチドは、上記のように、光反応によって、核酸のピリミジン塩基との間に光架橋を形成することができるから、光反応性架橋剤として使用することができる。すなわち、本発明は、光反応性架橋剤にもあり、光反応性ポリペプチド-核酸架橋剤にもあり、ポリペプチドと核酸の間に光架橋形成する方法にもある。
[Photoreactive cross-linking agent]
As described above, photoreactive artificial amino acids and photoreactive artificial polypeptides can form photocrosslinks with the pyrimidine base of nucleic acid by photoreaction, and are therefore used as photoreactive crosslinkers. be able to. That is, the present invention is also in the photoreactive cross-linking agent, in the photo-reactive polypeptide-nucleic acid cross-linking agent, and in the method of forming a photo-crosslink between the polypeptide and the nucleic acid.

[光照射]
光照射による光架橋の形成は、光化学反応であるために、温度、溶媒、塩濃度、pH等について、広範な条件下で実施することができる。このため、生理的な条件下でも実施することができて、例えば遺伝子の発現抑制等のために好適に使用することができる。好適な実施の態様において、光照射は、核酸結合性ドメインによる核酸への結合の条件と、同条件下で行うことができる。光照射は、例えば、340nm~390nmの範囲、360nm~390nmの範囲の波長を含む光、例えば385nmの波長を含む光の照射によって行うことができる。光照射は、例えば、1分~300分の範囲、10分~120分の範囲、30分~120分の範囲の照射時間によって行うことができる。光照射は、例えば0℃~40℃、0℃~30℃、0℃~20℃、0℃~10℃の範囲の温度で行うことができ、例えば氷冷下の温度で、例えば室温で、あるいは例えば37℃で、行うことができる。
[Light irradiation]
Since the formation of photocrosslinks by light irradiation is a photochemical reaction, it can be carried out under a wide range of conditions such as temperature, solvent, salt concentration and pH. Therefore, it can be carried out even under physiological conditions, and can be suitably used for, for example, suppressing gene expression. In a preferred embodiment, light irradiation can be performed under the same conditions as the binding to nucleic acid by the nucleic acid binding domain. The light irradiation can be performed, for example, by irradiating light having a wavelength in the range of 340 nm to 390 nm, 360 nm to 390 nm, for example, light having a wavelength of 385 nm. Light irradiation can be performed, for example, with an irradiation time in the range of 1 minute to 300 minutes, the range of 10 minutes to 120 minutes, and the range of 30 minutes to 120 minutes. Light irradiation can be performed at a temperature in the range of, for example, 0 ° C. to 40 ° C., 0 ° C. to 30 ° C., 0 ° C. to 20 ° C., 0 ° C. to 10 ° C., for example, at a temperature under ice cooling, for example, at room temperature. Alternatively, it can be carried out, for example, at 37 ° C.

[光開裂]
光反応によって得られた光架橋は、さらに光照射することによって、再び開裂させることができる。すなわち、光架橋は、共有結合による架橋であって化学的に安定した架橋である一方で、光照射によって開裂できるので、ポリペプチドと核酸との間の架橋を、所望により形成し、所望により開裂することができる。本発明は、この特性によって広範に利用可能な基盤技術を提供する。光開裂のための光照射は、例えば、300nm~330nmの範囲、305nm~320nmの範囲の波長を含む光、例えば312nmの波長を含む光の照射によって行うことができる。
[Light cleavage]
The photocrosslink obtained by the photoreaction can be cleaved again by further irradiating with light. That is, while photocrosslinking is a covalent bond and is chemically stable, it can be cleaved by light irradiation, so that a crosslink between a polypeptide and a nucleic acid can be formed if desired, and cleaved if desired. can do. The present invention provides a widely available basic technique due to this property. The light irradiation for photo-cleavage can be performed by, for example, irradiation of light having a wavelength in the range of 300 nm to 330 nm and a wavelength in the range of 305 nm to 320 nm, for example, light having a wavelength of 312 nm.

以下に実施例をあげて、本発明を詳細に説明する。本発明は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited to the examples illustrated below.

CNVA含有GCN4ペプチドの合成]
スキーム1(Scheme 1)の流れにしたがって、シアノビニルカルバゾール基を有するアミノ酸CNVA(スキーム1における化合物7)を合成した。図1に、CNVAの合成スキーム(Scheme 1)を示す。
[Synthesis of CNVA A-containing GCN4 peptide]
Following the flow of Scheme 1 (Scheme 1), the amino acid CNVA A having a cyanovinylcarbazole group (Compound 7 in Scheme 1) was synthesized. FIG. 1 shows a synthesis scheme of CNVA A (Scheme 1).

[化合物2の合成]
エタノール(700ml)にcarbazole(4.0g,23.9mmol)を65℃で溶解させる。NaIO4(1.28g,6.0mmol)とI2(3.02g,11.9mmol)を順に加えた後、H2SO4(2.56mL,48.0mmol)のエタノール溶液(200mL)を加え、oil bathで反応溶液を65℃に暖め2時間攪拌させた。TLC(Hex:AcOEt=4:1)で原料の消失を確認し、NaOH(2.24g,56.0mmol)のエタノール溶液(100mL)で中和した。エタノールを除去した後、反応溶液をクロロホルム(1.0mL)で抽出し、水で3回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、溶媒を除去した。カラムクロマトグラフィー(Hex:AcOEt=4:1)で精製し、クロロホルムで洗浄した後、白色粉末として5(4.47g,15.3mmol,64%)を得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ11.39(s,1H,NH),8.49(d,1H,J=1.7Hz,H-4),8.14(d,1H,J=8.0Hz,H-5),7,62(dd,1H,J=8.4,2.7Hz,H-2),7.48(d,1H,J=8.0Hz,H-1),7.40(m,1H,H-7),7.33(d,1H,J=8.4Hz,H-1),7.16(m,1H,H-6)
[Synthesis of compound 2]
Carbazole (4.0 g, 23.9 mmol) is dissolved in ethanol (700 ml) at 65 ° C. After adding NaIO 4 (1.28 g, 6.0 mmol) and I 2 (3.02 g, 11.9 mmol) in order, add an ethanol solution (200 mL) of H 2 SO 4 (2.56 mL, 48.0 mmol). The reaction solution was warmed to 65 ° C. with oil bath and stirred for 2 hours. The disappearance of the raw material was confirmed by TLC (Hex: AcOEt = 4: 1), and neutralized with an ethanol solution (100 mL) of NaOH (2.24 g, 56.0 mmol). After removing ethanol, the reaction solution was extracted with chloroform (1.0 mL) and washed 3 times with water. The organic layer was dried over Na 2 SO 4 to remove the solvent. After purification by column chromatography (Hex: AcOEt = 4: 1) and washing with chloroform, 5 (4.47 g, 15.3 mmol, 64%) was obtained as a white powder.
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ11.39 (s, 1H, NH), 8.49 (d, 1H, J = 1.7 Hz, H-4), 8.14 (d, 1H, J = 8.0Hz, H-5), 7,62 (dd, 1H, J = 8.4, 2.7Hz, H-2), 7.48 (d, 1H, J = 8.0Hz, H- 1), 7.40 (m, 1H, H-7), 7.33 (d, 1H, J = 8.4Hz, H-1), 7.16 (m, 1H, H-6)

[化合物3の合成]
マイクロウエーブチューブ中でDMF(5.0mL)にIodocarbazole(4.05g,13.8mmol)を溶解させる。その後、Tributylamine(3.30mL,13.8mmol)、Acrylonitrile(2.25mL,34.5mmol)とPalladium acetate(309mg,1.38mmol)を順に加えて、マイクロウェーブを用いて反応液を160℃で30分間反応させた。TLC(Hex:AcOEt=4:1)で原料の消失を確認した。桐山ろ過によって沈殿物を除去した後、溶媒を除去した。カラムクロマトグラフィー(CHCl3)で精製し、白色粉末として6(2.59g,11.9mmol,86%)を得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ11.6(s,1H),8.44(s,1H),8.11(d,1H,J=8.0Hz),7.75(d,1H,J=16.7Hz),7.69-7.72(m,1H),7.40-7.52(m,3H),7.19-7.24(m,1H),6.36(d,1H,J=16.7Hz)
[Synthesis of compound 3]
Dissolve Iodocarbazole (4.05 g, 13.8 mmol) in DMF (5.0 mL) in a microwave tube. Then, Tributylamine (3.30 mL, 13.8 mmol), Acrylonitrile (2.25 mL, 34.5 mmol) and Palladium acetate (309 mg, 1.38 mmol) are added in this order, and the reaction solution is heated at 160 ° C. at 30 ° C. using microwaves. Reacted for minutes. The disappearance of the raw material was confirmed by TLC (Hex: AcOEt = 4: 1). After removing the precipitate by Kiriyama filtration, the solvent was removed. Purification by column chromatography (CHCl 3 ) gave 6 (2.59 g, 11.9 mmol, 86%) as a white powder.
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ11.6 (s, 1H), 8.44 (s, 1H), 8.11 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 7.75 (d) , 1H, J = 16.7Hz), 7.69-7.72 (m, 1H), 7.40-7.52 (m, 3H), 7.19-7.24 (m, 1H), 6 .36 (d, 1H, J = 16.7Hz)

[化合物4の合成]
3-cyanovinylcarbazole(3.20g,14.74mmol)とNaH(0.68g,28mmol)を二口ナスフラスコに入れ窒素置換した後、DMF(100mL)で溶解させた。30分間攪拌させた後、反応溶液にジブロモ酢酸(2.56mL,28mmol)を加え、60℃で8時間撹拌した。TLC(CHCl3)で原料の消失を確認した。酢酸を用いて反応液を中和した後、桐山ろ過により沈殿物を取り除いた。溶媒を取り除いた後、CHCl3に溶解させ、NaCl水溶液、NaHCO3水溶液と分液操作を行い、Na2SO4を用いて脱水操作を行い、有機溶媒を除去した。その後、カラムクロマトグラフィー(CHCl3:MeOH=99:1)で精製し、黄色オイル状の目的物を得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ12.22(s,1H),8.34(d,1H,J=8.0Hz),8.17(dd,1H,J=4.3Hz,6.8Hz),7.68(s,1H),7.55-7.60(m,2H),7.44(d,1H,9.2Hz),7.32-7.38(m,2H),6.87(s.1H),5.88(d,1H,J=9.2Hz)
[Synthesis of compound 4]
3-cyanovinylcarbazole (3.20 g, 14.74 mmol) and NaH (0.68 g, 28 mmol) were placed in a two-necked eggplant flask, replaced with nitrogen, and then dissolved in DMF (100 mL). After stirring for 30 minutes, dibromoacetic acid (2.56 mL, 28 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 8 hours. The disappearance of the raw material was confirmed by TLC (CHCl 3 ). After neutralizing the reaction solution with acetic acid, the precipitate was removed by Kiriyama filtration. After removing the solvent, it was dissolved in CHCl 3 and subjected to a liquid separation operation with an aqueous NaCl solution and an aqueous NaHCO 3 solution, and a dehydration operation was carried out using Na 2 SO 4 to remove the organic solvent. Then, it was purified by column chromatography (CHCl 3 : MeOH = 99: 1) to obtain a yellow oily target product.
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ12.22 (s, 1H), 8.34 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.17 (dd, 1H, J = 4.3 Hz, 6.8Hz), 7.68 (s, 1H), 7.55-7.60 (m, 2H), 7.44 (d, 1H, 9.2Hz), 7.32-7.38 (m, 2H), 6.87 (s.1H), 5.88 (d, 1H, J = 9.2Hz)

[化合物5の合成]
化合物4(0.86g,2.4mmol)に対して28%アンモニア水溶液10mLを氷上で加え、10分間撹拌した後、室温で5時間撹拌した。その後、ろ過により沈殿物を取り除き、1mLの水で洗浄を2回行い、減圧下で乾燥させ、黄色固体の目的物(0.30g,1.05mmol)を収率44%で得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ12.22(s,1H),8.34(d,1H,J=8.0Hz),8.17(dd,1H,J=4.3Hz,6.8Hz),7.68(s,1H),7.55-7.60(m,2H),7.44(d,1H,9.2Hz),7.32-7.38(m,2H),6.87(s.1H),5.88(d,1H,J=9.2Hz)
[Synthesis of Compound 5]
To compound 4 (0.86 g, 2.4 mmol), 10 mL of a 28% aqueous ammonia solution was added on ice, and the mixture was stirred for 10 minutes and then at room temperature for 5 hours. Then, the precipitate was removed by filtration, washed twice with 1 mL of water, and dried under reduced pressure to obtain the desired product (0.30 g, 1.05 mmol) as a yellow solid in a yield of 44%.
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ12.22 (s, 1H), 8.34 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.17 (dd, 1H, J = 4.3 Hz, 6.8Hz), 7.68 (s, 1H), 7.55-7.60 (m, 2H), 7.44 (d, 1H, 9.2Hz), 7.32-7.38 (m, 2H), 6.87 (s.1H), 5.88 (d, 1H, J = 9.2Hz)

[化合物6の合成]
シアノビニルカルバゾールアミノ酸(620mg,2.1mmol)をトルエン0.5mLに溶解させた後、ピリジン1mLとDMAP(0.2mg,1.4mmol)を加え、10分間撹拌した。その後、無水酢酸(100μL)をゆっくり滴下した。その後、55℃に加熱し、6時間撹拌した。その後、ろ過により沈殿物を回収し、0.5mLのトルエンと0.5mLの水で洗浄し、乾燥させることにより、黄色固体の目的物(573mg,1.7mmol)を収率82%で得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ12.24(s,1H),8.36(d,1H,J=8.0Hz),8.19(dd,1H,J=4.3Hz,6.8Hz),7.68(s,1H),7.53-7.58(m,2H),7.44(d,1H,J=9.2Hz)7.28-7.33(m,2H)5.84(d,1H,J=9.2Hz)5.74(s、1H)
[Synthesis of Compound 6]
After dissolving cyanovinylcarbazole amino acid (620 mg, 2.1 mmol) in 0.5 mL of toluene, 1 mL of pyridine and DMAP (0.2 mg, 1.4 mmol) were added, and the mixture was stirred for 10 minutes. Then, acetic anhydride (100 μL) was slowly added dropwise. Then, it heated to 55 degreeC and stirred for 6 hours. Then, the precipitate was collected by filtration, washed with 0.5 mL of toluene and 0.5 mL of water, and dried to obtain the target product (573 mg, 1.7 mmol) as a yellow solid in a yield of 82%. ..
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ12.24 (s, 1H), 8.36 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.19 (dd, 1H, J = 4.3 Hz, 6.8Hz), 7.68 (s, 1H), 7.53-7.58 (m, 2H), 7.44 (d, 1H, J = 9.2Hz) 7.28-7.33 (m) , 2H) 5.84 (d, 1H, J = 9.2Hz) 5.74 (s, 1H)

[化合物7の合成]
シアノビニルカルバゾールアミノ酸のアセチル保護体(600mg,1.8mmol)を10mLの100mM NaCl溶液に溶かした後、1M HClを用いて中和した後、アクリラーゼ100mgと10mg六水和塩化コバルトを加えた。37℃で3日間インキュベートした後、沈殿物を回収し、水とエタノールで洗浄した後、乾燥させた。黄色オイル状の目的物(170mg,0.6mmol)を収率32%で得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ12.22(s,1H),8.34(d,1H,J=8.0Hz),8.17(dd,1H,J=4.3Hz,6.8Hz),7.68(s,1H),7.55-7.60(m,2H),7.32-7.44(m,3H),6.87(s.1H),5.88(d,1H,J=9.2Hz)
[Synthesis of compound 7]
An acetyl protector of the cyanovinylcarbazole amino acid (600 mg, 1.8 mmol) was dissolved in 10 mL of 100 mM NaCl solution, neutralized with 1M HCl, and then 100 mg of acrylase and 10 mg cobalt hexahydrate was added. After incubating at 37 ° C. for 3 days, the precipitate was collected, washed with water and ethanol, and dried. A yellow oily target product (170 mg, 0.6 mmol) was obtained in a yield of 32%.
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ12.22 (s, 1H), 8.34 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.17 (dd, 1H, J = 4.3 Hz, 6.8Hz), 7.68 (s, 1H), 7.55-7.60 (m, 2H), 7.32-7.44 (m, 3H), 6.87 (s.1H), 5 .88 (d, 1H, J = 9.2Hz)

[化合物8の合成]
1.8mLジオキサン、0.6mL DMFの混合溶媒にL-シアノビニルカルバゾールアミノ酸(300mg,1.03mmol)を溶解させた後、氷上に移しdi-tert-butyldicarbonate(300mg,1.4mmol)を加え、2時間撹拌した。その後、室温に戻し、さらに16時間撹拌した。KHSO4を用いてpH3に参加した後、酢酸エチルを加え、抽出操作を行った。有機相をMgSO4を用いて脱水を行い有機溶媒を除去した。その後、カラムクロマトグラフィー(CHCl3:MeOH=9:1)で精製し、オイル状の目的物(213mg,0.54mmol)を収率53%で得た。
1H-NMR(400MHz DMSO-d6): δ12.25(s,1H),8.34(s,1H),8.17(d,1H,J=4.2Hz),7.65-7.60(m,3H),7.44(m,1H),7.33(m,1H),7.18(d,1H,J=6.8Hz),5.88(d,1H,J=8.2Hz),1.42(s,3H)
[Synthesis of Compound 8]
After dissolving L-cyanovinylcarbazole amino acid (300 mg, 1.03 mmol) in a mixed solvent of 1.8 mL dioxane and 0.6 mL DMF, transfer to ice and add di-tert-butyl dicarbonate (300 mg, 1.4 mmol). The mixture was stirred for 2 hours. Then, the temperature was returned to room temperature, and the mixture was further stirred for 16 hours. After participating in pH 3 using KHSO 4 , ethyl acetate was added and an extraction operation was performed. The organic phase was dehydrated using sulfonyl 4 to remove the organic solvent. Then, it was purified by column chromatography (CHCl 3 : MeOH = 9: 1) to obtain an oily target product (213 mg, 0.54 mmol) in a yield of 53%.
1 1 H-NMR (400 MHz DMSO-d 6 ): δ12.25 (s, 1H), 8.34 (s, 1H), 8.17 (d, 1H, J = 4.2 Hz), 7.65-7 .60 (m, 3H), 7.44 (m, 1H), 7.33 (m, 1H), 7.18 (d, 1H, J = 6.8Hz), 5.88 (d, 1H, J) = 8.2Hz), 1.42 (s, 3H)

[ペプチド合成]
合成したアミノ酸はBoc保護体は委託合成により下記PeptideA、PeptideBの配列を合成した。
このPeptideA、PeptideBの配列は、GCN4-bZIP basic domainのアミノ酸配列の配列の一部分(核酸と相互作用している周辺)を取り出してそのうちの1アミノ酸を光架橋性アミノ酸(CNVA)で置換した配列である。GCN4-bZIP basic domainのアミノ酸配列を、次に示す。
GCN4-bZIP basic domainのアミノ酸配列:
MIVPESSDPAALKRARNTEAARRSRARKLQRMKQLEDKVEELLSKNYHLENEVARLKKLVGER
[Peptide synthesis]
As for the synthesized amino acid, the Boc-protected body was synthesized by contract synthesis to synthesize the following sequences of PeptideA and PeptideB.
The sequences of PeptideA and PeptideB are sequences in which a part of the amino acid sequence of GCN4-bZIP basic domain (periphery interacting with nucleic acid) is taken out and one of the amino acids is replaced with a photocrosslinkable amino acid ( CNVA ). Is. The amino acid sequence of GCN4-bZIP basic domain is shown below.
Amino acid sequence of GCN4-bZIP basic domain:
MIVPESSDPAALKRARNTEAARRSRARKLQRMKQLEDKVEELLSKNYHLENEVARLKKLVGER

合成したPeptideA、PeptideBは水に溶解させ、各ペプチドの二量体を下記手順で作製した。100μLの5mM Peptideと10μLの10xPBS、2.5μLの4mM Cu(II)水溶液を混合し、室温で1週間撹拌した。その後、HPLCを用いて二量化したペプチドを分取した。
ペプチド二量体を凍結乾燥後、分子量をMALDI-TOF-MSで測定した。
PeptideA、PeptideBの配列を、表1にまとめて示す。配列中、Xは光架橋性アミノ酸(CNVA)を示す。
The synthesized PeptideA and PeptideB were dissolved in water, and a dimer of each peptide was prepared by the following procedure. 100 μL of 5 mM Peptide, 10 μL of 10 x PBS and 2.5 μL of 4 mM Cu (II) aqueous solution were mixed and stirred at room temperature for 1 week. Then, the dimerized peptide was separated by HPLC.
After lyophilizing the peptide dimer, the molecular weight was measured by MALDI-TOF-MS.
The sequences of PeptideA and PeptideB are summarized in Table 1. In the sequence, X represents a photocrosslinkable amino acid ( CNVA ).

Figure 0007104399000004
Figure 0007104399000004

[光架橋試験]
上記得られたPeptideA、PeptideBを用いて、スキーム2(Scheme 2)の流れにしたがって、光架橋試験を行った。図2に、DNAとペプチドの光架橋反応のスキーム(Scheme 2)を示す。スキーム2に示すように、合成したペプチドを二量体化した後、DNAと混合し、光照射を行った。光架橋反応の解析は変性PAGEにより行った。
[Photocrosslink test]
Using the above-mentioned PeptideA and PeptideB, a photocrosslinking test was performed according to the flow of Scheme 2. FIG. 2 shows a scheme (Scheme 2) of a photocrosslinking reaction between DNA and peptide. As shown in Scheme 2, the synthesized peptide was dimerized, mixed with DNA, and irradiated with light. The photocrosslinking reaction was analyzed by modified PAGE.

GCN4ペプチドは二量体を形成した際に、DNA二重螺旋とスキーム2のように相互作用することが報告されている。そこで、まずGCN4ペプチドの二量体の作成を行った。500μMペプチド水溶液100μL対して、ヨウ化銅(CuI)を加え、室温で1週間酸化反応を行った。
このようにして、ペプチドと酸化剤(CuI)を混合し、室温で1週間撹拌した後、HPLCによる精製を行い、ヘプチド二量体の合成を行った。その後、MALDI-TOF-MSによる同定を行った。
その後、ペプチド10μM、DNA 0.5μMをbuffer中(20mM Tris-HCl、4mM KCl、2mM MgCl2、2mM EDTA)中でDNA(5’-Cy3-GGATGACGTCATCC-3’)と混合し、アニーリング後、385nmの光照射を4℃で行った。その後、変性PAGEで解析した。
It has been reported that the GCN4 peptide interacts with the DNA double helix as in Scheme 2 when forming a dimer. Therefore, first, a dimer of GCN4 peptide was prepared. Copper iodide (CuI) was added to 100 μL of a 500 μM peptide aqueous solution, and an oxidation reaction was carried out at room temperature for 1 week.
In this way, the peptide and the oxidizing agent (CuI) were mixed, stirred at room temperature for 1 week, and then purified by HPLC to synthesize a heptide dimer. Then, identification by MALDI-TOF-MS was performed.
Then, 10 μM of peptide and 0.5 μM of DNA are mixed with DNA (5'-Cy3-GGATGACGTCATCC-3') in buffer (20 mM Tris-HCl, 4 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 2 mM EDTA), and after annealing, 385 nm. The light irradiation was carried out at 4 ° C. Then, it was analyzed by denatured PAGE.

上記のPeptideA及びPeptideBの架橋形成を確認する試験は詳細には次のように行った。
CNVAを含むPeptideA、PeptideBとDNAとの光クロスリンク反応を行った。1μM Peptide、0.5μM dsDNAを含む20mM Tris-HCl(4mM KCl,2mM MgCl2,2mM EDTAを含む)水溶液を調整し、37℃で16時間インキュベートし、さらに4℃で30分インキュベートした後、385nmの光照射を10分行った。その後、ホルムアミド溶液2μLとサンプル2μLを混合した後、その混合液2μLと6xLoading dye 1μLを8M Ureaを含む15Aアクリルアミドゲルにキャストし、150Vで50分間電気泳動を行った後、LAS3000を用いてゲル画像を取得した。用いたdsDNA(二重鎖DNA)の塩基配列を表2に示す。この塩基配列はそれ自身によって二重鎖DNAを形成する。
得られた変成PAGEでの解析の結果、PeptideA及びPeptideBはいずれも、架橋体に相当する分子量のバンドが得られており、すなわち、二重鎖DNAとの間に、光架橋体が形成されることがわかった。
The test for confirming the cross-linking formation of Peptide A and Peptide B described above was carried out in detail as follows.
An optical cross-linking reaction was carried out between Peptide A and Peptide B containing CNV A and DNA. A 20 mM Tris-HCl (containing 4 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 2 mM EDTA) aqueous solution containing 1 μM Peptide and 0.5 μM dsDNA was prepared, incubated at 37 ° C for 16 hours, further incubated at 4 ° C for 30 minutes, and then 385 nm. The light irradiation was carried out for 10 minutes. Then, after mixing 2 μL of formamide solution and 2 μL of sample, 2 μL of the mixed solution and 1 μL of 6xRoading dye were cast on a 15A acrylamide gel containing 8M urea, electrophoresed at 150V for 50 minutes, and then a gel image was obtained using LAS3000. Was acquired. The base sequence of dsDNA (double chain DNA) used is shown in Table 2. This base sequence forms double-stranded DNA by itself.
As a result of the analysis with the obtained modified PAGE, a band having a molecular weight corresponding to the crosslinked product was obtained in both Peptide A and Peptide B, that is, a photocrosslinked product was formed between the peptide A and the peptide B. I understood it.

[光照射時間の検討]
上記のPeptideA及びPeptideBの架橋形成について、光照射時間の変化に対する応答を、以下のように検討した。
CNVAを含むPeptideAとPeptideBとDNAとの光クロスリンク反応を行った。1μM Peptide、0.5μM dsDNAを含む20mM Tris-HCl(4mM KCl,2mM MgCl2,2mM EDTAを含む)水溶液を調整し、37℃で16時間インキュベートし、さらに4℃で30分インキュベートした後、385nmの光照射を0,1,5,30,60分行った。その後、ホルムアミド溶液2μLとサンプル2μLを混合した後、その混合液2μLと6xLoading dye 1μLを8M Ureaを含む15Aアクリルアミドゲルにキャストし、150Vで50分間電気泳動を行った後、LAS3000を用いてゲル画像を取得した。得られた画像を図3として示す。用いたdsDNA(二重鎖DNA)の塩基配列を表2に示す。
[Examination of light irradiation time]
Regarding the cross-linking formation of Peptide A and Peptide B described above, the response to the change in the light irradiation time was examined as follows.
An optical cross-link reaction between Peptide A containing CNV A, Peptide B, and DNA was performed. A 20 mM Tris-HCl (containing 4 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 2 mM EDTA) aqueous solution containing 1 μM Peptide and 0.5 μM dsDNA was prepared, incubated at 37 ° C for 16 hours, further incubated at 4 ° C for 30 minutes, and then 385 nm. The light irradiation was carried out for 0, 1, 5, 30 and 60 minutes. Then, after mixing 2 μL of formamide solution and 2 μL of sample, 2 μL of the mixed solution and 1 μL of 6xRoading dye were cast on a 15A acrylamide gel containing 8M urea, electrophoresed at 150V for 50 minutes, and then a gel image was obtained using LAS3000. Was acquired. The obtained image is shown in FIG. The base sequence of dsDNA (double chain DNA) used is shown in Table 2.

[光照射時間の検討]
PeptideAの架橋形成について、さらに長時間にわたって、光照射時間の変化に対する応答を、以下のように検討した。
PeptideAとDNAとの光クロスリンク反応を行った。用いたペプチドの配列と、DNAの配列を、次の表2に示す。
[Examination of light irradiation time]
Regarding the cross-linking formation of Peptide A, the response to the change in the light irradiation time over a longer period of time was examined as follows.
An optical cross-linking reaction between Peptide A and DNA was performed. The peptide sequence used and the DNA sequence are shown in Table 2 below.

Figure 0007104399000005
Figure 0007104399000005

1μM Peptide、0.5μM dsDNAを含む20mM Tris-HCl(4mM KCl,2mM MgCl2,2mM EDTAを含む)水溶液を調整し、37℃で16時間インキュベートし、さらに4℃で30分インキュベートした後、385nmの光照射を0,30,60,90,120,180,300分行った。その後、ホルムアミド溶液2μLとサンプル2μLを混合した後、その混合液2μLと6xLoading dye 1μLを8M Ureaを含む15Aアクリルアミドゲルにキャストし、150Vで50分間電気泳動を行った後、LAS3000を用いてゲル画像を取得した。また、ゲル画像からImageJを用い各バンドを定量し、架橋率(Cross-linkage ratio[%])を算出した。この結果を、図4にまとめて示す。この結果から、120分の光照射時間(Photoradiation time)により光架橋反応が完了していることがわかった。 A 20 mM Tris-HCl (containing 4 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 2 mM EDTA) aqueous solution containing 1 μM Peptide, 0.5 μM dsDNA was prepared, incubated at 37 ° C. for 16 hours, further incubated at 4 ° C. for 30 minutes, and then 385 nm. Light irradiation was carried out for 0, 30, 60, 90, 120, 180 and 300 minutes. Then, after mixing 2 μL of formamide solution and 2 μL of sample, 2 μL of the mixed solution and 1 μL of 6xRoading dye were cast on a 15A acrylamide gel containing 8M urea, electrophoresed at 150V for 50 minutes, and then a gel image was obtained using LAS3000. Was acquired. In addition, each band was quantified from the gel image using ImageJ, and the cross-linkage ratio (%] was calculated. The results are summarized in FIG. From this result, it was found that the photocrosslinking reaction was completed with a light irradiation time (Photoradiation time) of 120 minutes.

[架橋体の光開裂]
架橋体の光開裂を、以下のように検討した。
上記作成した表2の配列のDNA-peptideAの光架橋体1μMを含む20mM Tris-HCl水溶液(4mM KCl,2mM MgCl,2mM EDTAを含む)に対して60℃加熱条件下でtransilluminatorを用いて312nmの光照射を10分行った。その後、ホルムアミド溶液2μLとサンプル2μLを混合した後、その混合液2μLと6x Loading dye 1μLを、25%の8M Ureaを含む15%アクリルアミドゲルにキャストし、TBEバッファ中で、150Vで50分間電気泳動を行った後、LAS3000を用いてゲル画像を取得した。この結果を、図5に示す。図5において、+と記載されたレーンは光照射ありのレーンであり、-と記載されたレーンは光照射なしの対照レーンである。
[Photo-cleavage of crosslinked body]
The photocleavage of the crosslinked body was examined as follows.
A 20 mM Tris-HCl aqueous solution (including 4 mM KCl, 2 mM MgCl, 2 mM EDTA) containing 1 μM of the photocrosslinked body of DNA-peptide A of the sequence in Table 2 prepared above was heated at 60 ° C. using a transilluminator at 312 nm. Light irradiation was performed for 10 minutes. Then, after mixing 2 μL of formamide solution and 2 μL of sample, 2 μL of the mixed solution and 1 μL of 6x Loading dye were cast on a 15% acrylamide gel containing 25% 8M urea, and electrophoresed at 150 V for 50 minutes in a TBE buffer. After that, a gel image was acquired using LAS3000. The result is shown in FIG. In FIG. 5, the lane marked with + is the lane with light irradiation, and the lane marked with − is the control lane without light irradiation.

この結果によって、光架橋性ペプチドと二重鎖DNAとの間に形成された光架橋は、さらに光照射を行うことによって、光開裂できることがわかった。 From this result, it was found that the photocrosslink formed between the photocrosslinkable peptide and the double-stranded DNA can be photocleaved by further light irradiation.

[被架橋塩基の特定]
光応答性ペプチドがDNA中のどの塩基と光架橋しているかを調べるために以下の実験を行った。
DNA-peptideの光架橋体を分取し、ピペリジン処理などによりDNAを切断した。サンプルを凍結乾燥させた後、1Mのpiperidine(99.8%)50μLに溶解させ、90℃で30分間加熱した後、減圧下でpiperidineをとり除いた。その後、10μLの水を加え、複数回凍結乾燥を繰り返し、piperidineを完全に取り除いた。その後60℃で312nmの光照射を10分間行った後光開裂させた。その後、ホルムアミド溶液2μLとサンプル4μLを混合した後、その混合液4μLと6x Loading dye 1μLを8M Ureaを含む15Aアクリルアミドゲルにキャストし、300Vで30分間電気泳動を行った後、LAS3000を用いてゲル画像を取得した。この結果を、図6A及び図6Bにまとめて示す。図6Aは、この実験によって決定された、光架橋形成される塩基のDNA配列中の位置を示す説明図である。図6Bは、この実験によって得られたゲル画像であり、M1がピリミジン塩基で選択的に切断されるように処理した試料のレーンであり、M2がチミン塩基で選択的に切断されるよう処理した試料のレーンであり、このM1、M2のレーンのバンドの位置の対比によって、光架橋形成される塩基のDNA配列中の位置が決定された。
[Identification of crosslinked bases]
The following experiments were performed to investigate which base in the DNA the photoresponsive peptide was photocrosslinked with.
The photocrosslinked product of DNA-peptide was separated, and the DNA was cleaved by piperidine treatment or the like. The sample was lyophilized, then dissolved in 50 μL of 1 M piperidine (99.8%), heated at 90 ° C. for 30 minutes, and then the piperidine was removed under reduced pressure. Then, 10 μL of water was added, and freeze-drying was repeated multiple times to completely remove piperidine. Then, light irradiation at 60 ° C. and 312 nm was performed for 10 minutes, and then photocleavation was performed. Then, after mixing 2 μL of formamide solution and 4 μL of sample, 4 μL of the mixed solution and 1 μL of 6x Loading dye were cast on a 15A acrylamide gel containing 8M urea, electrophoresed at 300V for 30 minutes, and then gelled using LAS3000. I got the image. The results are summarized in FIGS. 6A and 6B. FIG. 6A is an explanatory diagram showing the position of the base photocrosslinked in the DNA sequence determined by this experiment. FIG. 6B is a gel image obtained by this experiment, which is a lane of a sample treated so that M1 is selectively cleaved with a pyrimidine base, and M2 is treated so as to be selectively cleaved with a thymine base. It is a sample lane, and the position in the DNA sequence of the base to be photocrosslinked was determined by comparing the positions of the bands of the M1 and M2 lanes.

図6Aに示されるように、Peptide AのX(光架橋性アミノ酸)は、DNAの3’末端から5番目の塩基であるCと架橋しており、Peptide BのX(光架橋性アミノ酸)は、DNAの3’末端から3番目の塩基であるTと架橋していた。すなわち、光架橋性アミノ酸は、チミン及びシトシンと光架橋できること(チミン及びシトシンが被光架橋塩基とできること)、ペプチド中の光架橋性アミノ酸の位置を変更することによって、DNA二重鎖中における架橋相手となる塩基(被架橋塩基)を選択できることがわかった。 As shown in FIG. 6A, X (photocrosslinkable amino acid) of Peptide A is crosslinked with C, which is the fifth base from the 3'end of DNA, and X (photocrosslinkable amino acid) of Peptide B is. , Was crosslinked with T, which is the third base from the 3'end of DNA. That is, photocrosslinkable amino acids can be photocrosslinked with thymine and cytosine (thymine and cytosine can be photocrosslinkable bases), and by changing the position of the photocrosslinkable amino acids in the peptide, they can be crosslinked in the DNA duplex. It was found that the partner base (crosslinked base) can be selected.

[リンカー部の鎖長の検討]
リンカーの鎖長を変えた下記化合物(CNV(L1)A)をペプチドに導入して、DNA-Peptide間の光架橋反応が鎖長によってどのような影響を受けるかを検討した。
[Examination of chain length of linker part]
The following compound ( CNV (L1) A) in which the chain length of the linker was changed was introduced into the peptide, and how the photocrosslinking reaction between DNA and Peptide was affected by the chain length was investigated.

Figure 0007104399000006
Figure 0007104399000006

それぞれペプチド二量体を作製後、ペプチド10μM、DNA 0.5μMをbuffer中(20mM Tris-HCl、4mM KCl、2mM MgCl2、2mM EDTA)中でDNA(5’-Cy3-GGATGACGTCATCC-3’)と混合し、アニーリング後、385nmの光照射を4℃で行った。その後、変性PAGEで解析した。この結果を、図7にまとめて示す。図7において、Peptide A(L1)及びPeptide B(L1)は、表1の配列中のX部分の光架橋性アミノ酸として、リンカー部分を設けた光架橋性アミノ酸(CNV(L1)A)を備えたペプチドである。 After preparing each peptide dimer, 10 μM peptide and 0.5 μM DNA were added to DNA (5'-Cy3-GGATGACGTCATCC-3') in buffer (20 mM Tris-HCl, 4 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 2 mM EDTA). After mixing and annealing, light irradiation at 385 nm was performed at 4 ° C. Then, it was analyzed by denatured PAGE. The results are summarized in FIG. In FIG. 7, Peptide A (L1) and Peptide B (L1) include a photocrosslinkable amino acid ( CNV (L1) A) provided with a linker moiety as the photocrosslinkable amino acid of the X portion in the sequence of Table 1. It is a peptide.

この結果から、光架橋性アミノ酸において、ビニルカルバゾール構造のNと、アミノ酸構造のα炭素との接続に、-CH2-によってリンカー部分を設けた場合でも、リンカー部分を設けない場合と同様に、光架橋できることがわかった。 From this result, in the photocrosslinkable amino acid, even when the linker portion is provided by −CH 2 − in the connection between N of the vinylcarbazole structure and the α carbon of the amino acid structure, the same as in the case where the linker portion is not provided, as in the case where the linker portion is not provided. It was found that it can be photocrosslinked.

本発明は、光反応性人工アミノ酸及び光反応性人工ポリペプチドを提供する。本発明は産業上有用な発明である。 The present invention provides photoreactive artificial amino acids and photoreactive artificial polypeptides. The present invention is an industrially useful invention.

Claims (6)

次の式I:
Figure 0007104399000007
(ただし、式I中、
R11は、シアノ基、カルボキシル基、C2~C7のアルコキシカルボニル基、又は水素原子であり、
R12及びR13は、それぞれ独立に、シアノ基、カルボキシル基、C2~C7のアルコキシカルボニル基、又は水素原子であり、
Lは、C1~C3のアルカンジイル基、又は単結合であり、
R21は、アミノ基の保護基、又は水素原子であり、保護基がフルオレニルメトキシカルボニル基(Fmoc)、tert-ブトキシカルボニル基(Boc)、ベンジルオキシカルボニル基(Cbz)、及びアリルオキシカルボニル基(Alloc)からなる群から選択された保護基である)
で表される光反応性人工アミノ酸。
Equation I:
Figure 0007104399000007
(However, in Equation I,
R11 is a cyano group , a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group of C2 to C7, or a hydrogen atom.
R12 and R13 are independently cyano groups , carboxyl groups, C2-C7 alkoxycarbonyl groups, or hydrogen atoms.
L is an alkanediyl group of C1 to C3 or a single bond.
R21 is an amino-protecting group or a hydrogen atom, and the protecting groups are fluorenylmethoxycarbonyl group (Fmoc), tert-butoxycarbonyl group (Boc), benzyloxycarbonyl group (Cbz), and allyloxycarbonyl. A protecting group selected from the group consisting of groups (Allloc) .
Photoreactive artificial amino acid represented by.
請求項1 に記載された光反応性人工アミノ酸が、ペプチド結合によって結合して含まれる、光反応性人工ポリペプチドであって、
ペプチド結合が、式IのLより下部に記載のアミノ酸構造部が反応して形成されたペプチド結合である、光反応性人工ポリペプチド
Claim 1 A photoreactive artificial polypeptide containing the photoreactive artificial amino acids described in the above, which are bound by a peptide bond.And
A photoreactive artificial polypeptide in which the peptide bond is a peptide bond formed by the reaction of the amino acid structural part described below L in Formula I...
核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖、及び核酸結合性ドメインを有するポリペプチド鎖に対する結合性ドメインを有するポリペプチド鎖からなる群から選択されたポリペプチド鎖のアミノ酸配列中へ、
請求項1 に記載された光反応性人工アミノ酸が、ペプチド結合によって導入されてなる、光反応性人工ポリペプチドであって、
ペプチド結合が、式IのLより下部に記載のアミノ酸構造部が反応して形成されたペプチド結合である、光反応性人工ポリペプチド
Into the amino acid sequence of a polypeptide chain selected from the group consisting of a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain and a polypeptide chain having a binding domain to a polypeptide chain having a nucleic acid binding domain.
Claim 1 A photoreactive artificial polypeptide in which the photoreactive artificial amino acid described in the above is introduced by a peptide bond.And
A photoreactive artificial polypeptide in which the peptide bond is a peptide bond formed by the reaction of the amino acid structural part described below L in Formula I...
請求項2 に記載された光反応性人工ポリペプチド、又は請求項3に記載された光反応性人工ポリペプチドからなる、光反応性架橋剤。 Claim 2 The photoreactive artificial polypeptide described in, orClaim 3A photoreactive cross-linking agent comprising the photoreactive artificial polypeptide described in 1. ポリペプチドと核酸の間に光架橋形成する方法であって、
請求項2~3 のいずれかに記載された光反応性人工ポリペプチドと、核酸に光照射して、光反応性人工ポリペプチド中の光反応性人工アミノ酸と、核酸の塩基配列中のピリミジン塩基との間に、光架橋を形成する方法。
A method of forming a photocrosslink between a polypeptide and a nucleic acid.
Claims 2-3 Between the photoreactive artificial polypeptide described in any of the above and the photoreactive artificial amino acid in the photoreactive artificial polypeptide and the pyrimidine base in the base sequence of the nucleic acid by irradiating the nucleic acid with light. A method of forming a photobridge.
請求項1 に記載された光反応性人工アミノ酸を、ペプチド結合によってアミノ酸配列中へ導入して、光反応性人工ポリペプチドを製造する方法であって、
ペプチド結合が、式IのLより下部に記載のアミノ酸構造部が反応して形成されたペプチド結合である、製造方法
Claim 1 A method for producing a photoreactive artificial polypeptide by introducing the photoreactive artificial amino acid described in the above into the amino acid sequence by peptide bond.And
A production method, wherein the peptide bond is a peptide bond formed by the reaction of the amino acid structural parts described below L in Formula I...
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